مقاوم سازی برش پانچ با FRP

دال مسطح یک عضو سازه ای بتن مسلح دو طرفه است که بار عمودی و افقی را حمل می کند و آن را مستقیماً به ستون های بدون تیر می رساند. یکی از مهمترین مسائل دال تخت تمرکز تنش های برشی و خمشی در مجاورت ستون ها است که ممکن است منجر به برش پانچ شود. برش پانچ توسط یک مکانیسم شکست محلی همراه با تشکیل یک شکل مخروط کوتاه به وجود می آید. این شکست ماهیتی ترد دارد، زیرا علائم هشدار دهنده محدودی اتفاق می افتد و در صورت عدم وجود آرماتور کامل، می تواند باعث خرابی تدریجی کل ساختمان شود. با گذشت سال ها، سیستم دال تخت در بسیاری از کشورها، به ویژه برای ساختمان های چند طبقه، به شکل محبوب ساخت و ساز تبدیل شده است. امروزه تعداد قابل توجهی از ساختمان های دال مسطح نیاز به مقاوم سازی در برابر برش پانچ دارند. دلایل مختلفی برای این مشکل وجود دارد، مانند اشتباهات در طراحی یا ساخت، خراب شدن محیط زیست مصالح، مطابقت نداشتن با مقررات استانداردهای جدید و یا افزایش بار عمودی.

مقاوم سازی برشی

راهکارهای مقاوم سازی برشی را می توان بر اساس انواع، آرایش و مصالح طبقه بندی کرد. انواع اصلی مقاوم سازی برشی در موارد زیر ذکر شده است:

ترکیب بولت و FRP

در اشکال زیر انواع روش های مقاوم سازی بازشوهای موجود در دال های بتن مسلح که با استفاده از الیاف و لمینیت های CFRP مقاوم سازی شده اند، آورده شده است:

 مهار با پیچ و مهره دوسره، واشر و ورق

مهار با پیچ یک سره

پیچ چسبیده

شبکه یا فن (فقط برای کامپوزیت ها)

آرایش مقاوم سازی می تواند مانند شکل زیر شعاعی یا عمود باشد. مصالح اصلی که معمولاً در مقاوم سازی برشی استفاده می شود عبارتند از: فولاد، CFRP و GFRP.

هنگامی که دال هم در بالا و هم در پایین برای مقاوم سازی در دسترس باشد، استفاده از آرماتور مهارشده دوبل پیشنهاد می شود. در واقع، پیش تنیدگی آرماتور اجازه می دهد تا مرحله فعال سازی خلاصه شود. با این کار سهم آرماتور بلافاصله بدون هیچ گونه کاهشی در دسترس قرار می گیرد. بعلاوه، با طراحی صحیح مهارها، می توان از انواع دیگر خرابی ها مانند از بین رفتن پیوستگی بین فولاد و بتن و بیرون کشیدن مخروط بتن جلوگیری کرد. این جنبه برای طراحان نیز بسیار مهم است، در واقع محاسبه خرابی با استفاده از تسلیم آرماتور بسیار آسان تر از بقیه است. بنابراین، استفاده از آرماتور مهارشده مزایایی از نظر مقاومت و قابلیت اطمینان به همراه دارد.

این روش برای آرماتورهای FRP نیز معتبر است، اما مقاومت پیوستگی باید در حالت خاص کالیبره شود، اگرچه استفاده از آرماتورهای برشی FRP برای مقاومت دال های تخت بتن مسلح نسبت به استفاده از آرماتورهای فولادی جذابیت کمتری دارد. در واقع در آرماتورهای برشی فولادی، معمولاً می توان شکست پانچ را در خارج از منطقه مقاوم سازی شده تغییر داد. در برخی موارد، این امر به دلیل مرحله فعال سازی که در آن آرماتور هنوز الاستیک است، امکان پذیر نیست. به همین دلیل استفاده از مصالح با مقاومت بالا مورد نیاز نیست، زیرا مرحله فعال سازی توسط انحنا و توسط مدول الاستیک آرماتور و کمتر توسط مقاومت اداره می شود.

مقاوم سازی خمشی

مقاوم سازی خمشی معمولاً می تواند با افزودن آرماتور طولی در قسمت بالایی دال حاصل شود، به عنوان مثال چسباندن نوارهای FRP در هر دو جهت متعامد با استفاده از روکش بتن مسلح چسبیده.

استفاده از نوارهای FRP در هر دو جهت متعامد به عنوان یک تکنیک مقاوم سازی فقط بر منحنی بار-انحنا تأثیر می گذارد، در حالی که معیار شکست تقریباً یکسان است. منحنی بار-انحنا پس از مقاوم سازی سخت تر می شود، زیرا مقدار آرماتور طولی افزایش می یابد. همچنین در این حالت، مثلا مقاوم سازی برشی، انحنای اولیه باعث کاهش اثر مقاوم سازی می شود.

به طور کلی این تکنیک مقاوم سازی مقاومت در برابر برش پانچ را افزایش می دهد، اما شکل پذیری اتصال را کاهش می دهد. خرابی شکننده تر می شود، زیرا انحنای نهایی پس از مقاوم سازی کمتر از دال موجود است.

هنگامی که مقاوم سازی با FRP برای دستیابی به ظرفیت برش پانچ طراحی کافی نباشد، می توان از روکش بتن مسلح پیوندی استفاده کرد. کاربرد این روکش ها که در شکل زیر نشان داده است، می تواند در تکنیک های مقاوم سازی خمشی موجود باشد، اما در واقع هم بر منحنی بار-انحنا و هم بر معیار شکست تأثیر می گذارد. این روش به دلیل بهبود منحنی معیار شکست، مقاومت کافی برای برش پانچ را فراهم می کند.

بزرگ کردن تکیه گاه ها

با عریض کردن ستون ها، ریختن بتن در سر ستون یا اجرا و کاشت فولاد در سر ستون، می توان تکیه گاه ها را بهبود داد. اگر شکست تأثیری در سر ستون بگذارد، می توان با دو راه حل آخر مانند راه حل دیگر رفتار کرد. بعلاوه، سر ستون باید کاملاً سخت باشد تا بتواند تکیه گاه مناسبی برای دال باشد، در غیر اینصورت کارآیی مقاوم سازی می تواند مختل شود.

پس کشیده کردن

در نهایت، سیستم های پس کششی برای مقاومت در برابر دال های تخت بتن مسلح موجود نیز قابل استفاده هستند. این تکنیک های مقاوم سازی را می توان به دو دسته تقسیم کرد: مقاوم سازی خمشی و مقاوم سازی برشی. همانطور در شکل زیر مشاهده می کنید، اولین کار معمولاً اجرا و پیش تنیدگی نوارهای FRP در بالای دال است.

مورد دوم با نوارهای فولادی یا FRP مایل است که از طریق ورق های فولادی یا با اتصال مهار شده است، انجام می شود. مورد دوم فقط برای تاندون های فولادی آزمایش شده است.

سیستم پیش تنیدگی برای مقاوم سازی برشی: (الف) نوارهای CFRP که با ورق های فولادی مهار شده اند. ب) نوارهای فولادی که با اتصال بچسبند.

به طور کلی ، تأثیر سیستم های پیش تنیدگی سه مورد است:

• نیروی فشاری درون صفحه ای
• نیروی انحرافی در اثر شیب تاندون ها
• لنگر خمشی در اثر خروج از مرکزیت تاندون ها